图1 总体技术思路
Fig.1 Overall technical concept
3.2 总体技术架构
在信息–知识–智慧为主线的智慧国土总体技术思路中，开展具体实施时可从感知–认知–管控全链条体系切入。在自然资源时空基础设施支撑下，综合利用协同观测的技术手段，动态采集、精准认知增量知识，通过多要素、多时态、多维度、多尺度、多空间数据融合，盘活存量知识，建立协同管理、分建共享、有序流通的时空数据生态，形成高质量群智感知知识库。通过时空知识工程建设，打通数据–信息–知识–智慧的全链条，对自然资源时空信息进行整体谋划，充分利用全面动态感知的各种数据信息，凝练和提取有关国土空间人地关系、自然资源供需关系等有用知识，通过信息赋能和知识驱动，开展问题诊断、趋势预测、态势预警等智能化应用，形成以全面动态感知、系统精准认知、全域智慧管控为特征的智慧国土技术体系架构，如图2所示。
图2 智慧国土技术体系架构
Fig.2 Architecture of smart territory technology system
4 重庆智慧国土构建技术现状分析与存在问题
4.1 技术现状分析
从整体架构上，重庆明确了“一云一库一平台多应用”的顶层架构。其中，一云即规划和自然资源云，一库即自然资源和空间地理数据库，一平台即国土空间信息平台，多应用即一平台上丰富的应用体系。经过近几年的融合建设，信息化发展体制机制更加健全，已有信息化资源得到有效融合，大数据、智能化、物联网、移动互联网等新技术得到深入广泛应用，已经初步形成了“一云一库一平台多应用”的信息化新格局，支撑全市国土空间有效管控的“重庆大脑”初步成型。
在基础设施方面，重庆已建成了三级联通的规划自然资源业务网络体系，覆盖全市40个区县、400余个乡镇。已建成覆盖重庆全域的全球卫星定位系统、似大地水准面精化、各级平面与水准控制网，可在全市域内提供全天候、实时、高精度的位置信息。在数据资源方面，建立了数据标准体系，形成了《重庆市政务数据资源管理暂行办法》等相关文件。开展了数据融合治理，形成现状数据、规划数据、管理数据、社会经济数据四类数据体系，共涉及220多个专题，约1000个数据类。此外，初步形成了对内、对外共享开放格局，基于国土空间信息平台，通过在线地图服务方式，为行业管理提供数据服务。在信息化应用方面，建立了国土空间规划“一张图”实施监督信息系统、重庆市不动产登记系统、重庆时空大数据服务平台、国土调查云重庆分中心等应用系统，为可感知、能学习、善治理和自适应的智慧型国土空间规划提供了技术支撑。
4.2 存在问题
总体而言，重庆国土空间数字化发展与应用尚不均衡，不能有效满足美丽中国建设和高品质国土空间塑造的支撑保障要求。其具体表现在以下两个方面。一是数字化统筹不足。重庆市现有各项信息化业务，包括重庆时空大数据服务平台、实景三维中国、国土调查云重庆分中心及重庆市不动产登记系统等，都取得了长足进步，但相互之间的统筹融合不够，数据综合治理不够，数据孤岛效应明显，业务衔接不到位，尚未形成整体合力。二是应用水平不高。重庆市有关部门拥有丰富的时空数据资源，但尚未有效突破数据海量、信息爆炸、知识难求的应用瓶颈，对国土空间格局解析、结构诊断、趋势预测、态势预警、规划分析及方案优化等方面的业务应用支撑不足，实时动态变化信息的综合分析水平不高，信息赋能的问题研判和知识驱动的智慧决策能力短缺，尚难以全面有效地支撑国家关于建设“美丽中国数字化治理体系”这一新时期的工作要求。
5 重庆智慧国土技术创新方向与重点任务
5.1 打通时空信息治理关键技术环节
时空信息治理是打通数据–信息的关键环节，旨在打通数据壁垒，统一数据底座、统一数据标准、统一服务标准，将时空数据从固态变成液态再变成气态，实现流通共享，最终形成高质量的时空信息。
在技术实现方面，一是开展时空信息模型构建技术研究。基于山水林田湖草沙是一个生命共同体的系统理念，对各类自然资源实体进行概念、逻辑和物理建模，形成自然资源在时间、空间、语义、管理、服务等方面一体化表达的时空数据模型。二是时空数据汇聚。针对时空数据多来源、多粒度、海量和时空关联复杂等特点，通过构建一整套以多源异构数据从汇聚–融合–共享–服务流程的时空数据汇聚机制实现时空数据的汇聚，提升多源异构数据在政府决策、行业管理和社会公众参与等领域的应用前景。三是时空数据融合共享。
在微观层面，通过对基础地理信息数据、自然资源数据、政企公共数据的收集、处理与分析，形成全空间一体化的国土空间数据底座，能够实现资源调查、灾情监控、预警监测与问题定位等；在中观层面，建立城市数据融合平台，主动推送智慧国土相关数据服务，实现资源流动服务与城市精准治理；在宏观层面，高精度的数字孪生还原，对于城市科学规划及政策精准制定具有重要意义。在此基础上，提供统一规范的数据和操作服务接口，实现自然资源调查监测数据的一体化存储管理、浏览查询、统计分析与成果共享应用，实现自然资源调查监测成果与国土空间规划、耕地保护、资产清查、用途管制、生态修复、矿政管理及灾害监测等业务系统实时互联、无缝调用，支撑各项日常管理工作顺畅运行。
5.2 开展时空信息动态感知关键技术研究
国土空间动态感知是构建时空数据生态的核心环节，也是生产高质量时空信息的关键技术保障。如图3所示，通过应用新一代立体测绘卫星、视频监控、无人机、街景等技术，对国土空间的动态变化进行实时监测、分析、评估和预测，实现物理空间时空现象、过程、事件的在信息空间的全息映射，进而摸清各类自然资源本底状况和家底，及时监测自然资源随时间的动态变化，提供自然资源的类型、数量、质量、分布及变化等时空信息。
图3 时空信息感知主要研究内容
Fig.3 Main research content of spatiotemporal information perception
首先是多源多层级的遥感智能监测的实施开展。面向国土空间开发治理所需的城市空间格局、开发强度、公共服务等指标，以及绿色生态、安全宜居、人文历史等要素，打通向上、向下和横向的时空数据采集渠道；开展光学遥感、合成孔径雷达（synthetic aperture radar， SAR）等卫星遥感技术手段和多传感器无人机、物联网传感器、铁塔视频、公众采集APP的协同观测技术研究，构建种类齐全、功能互补、尺度完整的“空天地人”一体化国土空间变化数据快速获取技术。采用多源数据 AI算法建立国土空间要素的智能提取与变化监测方法，实现国土空间开发、利用和评估评价数据的遥感智能监测。其次是基于开放数据的社会经济指标的获取与感知。基于移动手机信令、交通出行、互联网大数据和社会公众数据等开放数据，通过数据共享、传感器感知、公众上传、自动抓取等方式建立社会经济大数据的获取，采用AI 大数据分析技术进行数据的清洗与汇聚，实现人口规模、绿色出行、职住分析、生活圈等要素和指标的获取与感知。最后是三维实景表达构建，三维实景是新一代时空信息的重要载体，也是将来数字世界和信息空间的时空数字底座，其本质是在三维时空场景和时空信息模型基础上对物理世界的数字孪生（李伟，2022）。通过利用虚拟现实增强技术在实景画面上叠加各类三维数据，与建筑信息模型（building information model， BIM）的深度融合，展示建筑物内部信息，建立全景式三维实景一张图实现在三维空间对自然资源资产的精细化管理。
5.3 开展时空场景精准认知关键技术研究
认知是人们对前面获得的自然资源感知结果，通过高层次的时空认知与加工处理，获得有关自然资源的时空分布规律（陈军等，2022）。时空场景精准认知是将人流、物流、信息流等人类在国土空间活动相关要素数字化表达，构建人类活动大数据技术体系，以此提供人类空间活动的轨迹和布局，辅助开展确定实际服务人口、分析城市群空间分布、识别城市活跃区等业务实践。实现时空场景精准认知，一是需要对自然资源本底开展系统性认知。自然资源呈现水平分异、立*叉和多级嵌套的特点，且各要素之间存在密切的联系及相互作用，认知自然地理本底需要从地域分异、环境承载力及国土空间动态变化等方面进行分析认知。二是需要开展国土空间开发利用的过程表达与效应机制技术研究。国土空间开发利用相对集中在经济发达及资源环境紧约束的地区，侧重于“案例研究”，对深层次的国土空间开发利用的过程和效应还缺乏深入研究，对人类活动在其中的作用缺乏科学的研究方法，对国土空间的形成演化与效应等缺少系统的认知，迫切需要深入认识国土空间开发利用的过程与效应。三是需要开展自然资源供需关系与国土空间人地耦合关系技术研究。自然资源供需关系与国土空间人地耦合关系决定了自然资源的利用效率和可持续性，因此，迫切需要研究并掌握自然资源供需的总体格局和供给安全底线、自然资源核心要素的时空匹配及局地人类活动与跨域资源流动规律等，从人–地系统出发，对人类活动的施压强度、资源要素的承压能力、生态环境系统的约束力度来综合考虑人地关系。
5.4 国土空间时空知识工程研究
时空知识是对实体空间位置、空间分布、空间形态、空间关系、空间统计、空间关联、空间对比、空间趋势、空间运动、时空变化及趋势分析等信息进行概括和凝练，形成的具有时间和空间特性的知识（杜清运和任福，2014）。时空知识工程是时空知识获取、处理和表达的过程，可划分为领域知识建模、知识抽取、知识融合和知识表达四个部分，实现从知识加工、知识图谱构建到知识表达的深度序化。
时空知识工程需要通过构建时空数据库、构建时空知识库、搭建知识服务平台三个环节实现。首先，时空数据库中不仅包括多时态、多粒度、多尺度、多维度的时空数据，也包括多类型的文本数据（测绘专业叙词表、专题数据、文献专利等），因此，需要针对空间数据和非空间数据提供一体化的存储策略和多源异构数据的统一管理方法，解决数据冗余与不一致问题。其次，通过知识建模、知识抽取、知识融合三个步骤构建时空知识库，具体如图4所示。基于多源知识建立领域本体模型，确定实体及其属性、关系等，形成拓展时间和空间维度的地理空间知识图谱的框架，对非空间数据和知识进行空间化处理，与相应的空间数据进行关联挂接，通过时空知识抽取与融合，形成时空知识图谱。最后，基于领域本体、科学文献、研究报告、业务逻辑和标准规范等，构建多学科领域知识模型，设计兼顾非空间和空间型一体化知识图谱，实现对时空知识的一体化、系统化、关联化、结构化存储和表达，设计时空知识关联、知识推理、知识表达等算法，建立基于云原生的纵向贯通、横向联动、整体协同的时空知识服务平台。
图4 时空知识库构建流程
开放地理空间信息联盟（Open Geospatial Consortium，OGC）
Fig.4 Process of spatiotemporal knowledge base construction
5.5 开展智慧管控关键技术研究
自然资源智慧管控是以多尺度国土空间规划为依据，在时空大数据的支持下，开展数据赋能的问题研判、知识驱动的决策处理，实现对各项建设开发活动的许可管理与监控，提高国土空间用途管制的效率与水平。面向国土空间全尺度、全流程、全要素和信息化、数字、智能化治理为目标，借助数字孪生、人工智能等技术，围绕国土空间用途管控方法和模式、国土空间规划的监测评估与预警调控、生态保护及修复方法、自然资源时空信息智能化知识服务，突破系列关键技术，建立多级联动、业务协同、精准治理的智慧治理模式及平台，支撑国土空间总体规划和综合整治，实现国土空间管理决策态势有洞察、决策有支撑、处置有闭环。首先，需要根据国土空间规划体系的不同层级与尺度差异，确定相应的管控对象与途径，实现管控刚性约束与弹性指引相结合的科学管控。其次，利用时空大数据赋能的管控方法，做好管控指标、规则的法理解析，研发预测模型，发展格局解析、结构诊断、冲突发现、方案优化等智能化手段，构建知识驱动的应对决策系统，实现智能审批、趋势预测、配置优化、方案推演，从后知后觉转变为先知先觉，从静态化的信息管理平台上升到动态化的决策服务平台，从“看见”走向“洞见、预见”。
6 结束语
本文针对当前国土空间治理和自然资源监测监管面临的实际需求和短板，以“统筹数字化发展、推进智慧化应用”为目标，以从信息到知识，从知识到智慧为主线，提出了智慧国土技术模式构建的总体技术思路与总体架构，立足重庆市智慧国土构建现状与不足，讨论了时空信息治理、国土空间动态感知、时空场景精准认知、时空知识工程、智慧管控平台构建等重点创新方向。为进一步推动智慧国土建设，提出如下建议。
一是加强基础研究，推进技术创新，在智慧国土构建的总体架构基础上，组织开展信息—知识—智慧相关的基础理论研究和关键技术研发，推进时空知识工程、知识赋能、时空知识服务和场景认知等方面的模型与算法，建立智慧国土总体知识框架，支撑智慧国土建设。
二是构建智慧国土科技创新平台格局，形成包括重点实验室、工程创新中心和野外观测基地在内的智慧国土领域产学研结合、高效协同的科技创新平台体系，加强智慧国土基础理论研究和核心技术创新。
三是推动试点示范，推进技术落地，通过对智慧国土构建战略需求和发展趋势的深入研究与分析，选择具有较好基础、行业特色的典型地区开展试点示范，调动和发挥地方自身的创造性与积极性。
作者简介
作者简介:刘晓瑜，研究方向为自然资源调查监测技术集成与应用。E-mail: 13983754721@139.com
通信作者:杨凯，研究方向为自然资源“3S”技术集成应用。E-mail: 11466266@qq.com
初审：张艳玲复审：宋启凡终审：金 君资讯
